5G落實(shí)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)愿景,兼具高容量/高速率/低延遲特性　

　　5G前景佳，晶片商瞄準(zhǔn)此波商機(jī)，已分別針對(duì)LTE演進(jìn)技術(shù)、5G新技術(shù)/新頻段投入開(kāi)發(fā)，希望能奪得下一代行動(dòng)通訊先機(jī)，并于穿戴式裝置、工業(yè)自動(dòng)化等新興物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中占得一席之地。

　　2015 年，5G技術(shù)的全球發(fā)展正式進(jìn)入研發(fā)、全面標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵時(shí)期，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)已完成第五代行動(dòng)通訊愿景規(guī)畫(huà)，包含命名、整體目標(biāo)及時(shí)程等內(nèi)容，并于2015年啟動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)化前的相關(guān)研究。

　　針對(duì)5G能否為世界帶來(lái)變革性的創(chuàng)新發(fā)展，美國(guó)高通公司(Qualcomm Incorporated)工程副總裁Durga Malladi表示，高通自2006年起開(kāi)始對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行前瞻性研發(fā)，并與業(yè)界合作推動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)及參與重要的5G演示和測(cè)試。

　　Malladi補(bǔ)充，高通對(duì)5G的展望不僅止于提供更快的流量速率，更期望打造功能強(qiáng)大的統(tǒng)一平臺(tái)，以連結(jié)新的產(chǎn)業(yè)及設(shè)備，進(jìn)而催生創(chuàng)新的服務(wù)及用戶(hù)體驗(yàn);這是一種具有規(guī)模彈性及適應(yīng)性控制的新型態(tài)網(wǎng)路，支持多元廣泛的應(yīng)用和需求。

　　比起前幾代網(wǎng)路，5G將發(fā)揮更大、更關(guān)鍵的功用，即是創(chuàng)建萬(wàn)物連接架構(gòu)。

　　具低延遲特性　5G引領(lǐng)工業(yè)進(jìn)化

　　長(zhǎng) 期以來(lái)，科技業(yè)不斷提出對(duì)產(chǎn)業(yè)未來(lái)動(dòng)向的預(yù)測(cè)。關(guān)于5G發(fā)展趨勢(shì)，由于未來(lái)5G用戶(hù)將更加廣泛，以“用戶(hù)數(shù)”為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)，或許已無(wú)法符合時(shí)宜，包括家庭、 汽車(chē)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、機(jī)床、畜牧生產(chǎn)線、農(nóng)業(yè)、高速鐵路和城市等，幾乎日常生活中的一切都將聯(lián)網(wǎng)化。更有專(zhuān)家表示，2030年行動(dòng)網(wǎng)路將實(shí)現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)智慧 化，并取代傳統(tǒng)的機(jī)械及機(jī)電整合產(chǎn)品。

　　產(chǎn)業(yè)分析公司的數(shù)據(jù)亦顯示，2020年搭載網(wǎng)路的終端裝置數(shù)量將達(dá)到兩百五十億至五百億部，而5G將有可能顛覆一般民眾對(duì)工業(yè)既有的看法，未來(lái)的工業(yè)或制造業(yè)將以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、感測(cè)器、軟體、機(jī)動(dòng)性及云端計(jì)算為主要驅(qū)動(dòng)力。

　　回 顧萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)概念的發(fā)展歷程，較普遍的看法是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation, NSF)于2006年提出的“資訊物理系統(tǒng)”(Cyber-Physical Systems)是較早期的物聯(lián)網(wǎng)概念之一，后來(lái)成為美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)核心研究主題，并提出該系統(tǒng)需要全新架構(gòu)支撐的論述。

　　高通工 程副總裁Durga Malladi指出，5G將引領(lǐng)科技業(yè)創(chuàng)立新的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，從人與人之間的通訊拓展至幾乎隨時(shí)隨地都能連接萬(wàn)物、從最大值的數(shù)據(jù)服務(wù)拓展至穩(wěn)定控制的新型 服務(wù)、從“終端即端點(diǎn)”概念發(fā)展到全新的智慧連接和互動(dòng)模式，并從各種不同網(wǎng)路共存發(fā)展到進(jìn)入、頻譜類(lèi)型和服務(wù)的融合。

　　Malladi表示，未來(lái)5G網(wǎng)路將會(huì)為運(yùn)算、儲(chǔ)存、網(wǎng)路資源及連接提供一體化的分散式平臺(tái)，主要優(yōu)勢(shì)為提供更短、甚至是毫秒級(jí)的延遲時(shí)間，以及更低的成本與更高的能效，自動(dòng)駕駛汽車(chē)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用都將受益。

　　此外，5G技術(shù)不僅能夠提供豐富的行動(dòng)體驗(yàn)，如超高畫(huà)質(zhì)視訊會(huì)議和虛擬實(shí)境直播，還能推動(dòng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智慧家庭及穿戴設(shè)備的發(fā)展和普及化。

　　整體來(lái)說(shuō)，以4G長(zhǎng)程演進(jìn)計(jì)畫(huà)(LTE)所啟動(dòng)的變化為基礎(chǔ)，5G將滿足日益增加的連接需求，該技術(shù)將連接全新產(chǎn)業(yè)及終端裝置，支持創(chuàng)新的服務(wù)及用戶(hù)體驗(yàn)，并藉由高效能低成本的通訊優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地連接萬(wàn)物。

　　波束成形/波束追蹤　有助改善高頻訊號(hào)衰減

　　5G技術(shù)引領(lǐng)未來(lái)萬(wàn)物連接是無(wú)庸置疑的趨勢(shì)，但需要哪些技術(shù)突破，才能滿足5G愿景中多元化的應(yīng)用模式呢?

　　舉 例來(lái)說(shuō)，日前高通宣布與業(yè)界合作開(kāi)發(fā)多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，以推動(dòng)功能更多的統(tǒng)一5G平臺(tái)建立。高通最新技術(shù)涵蓋以下內(nèi)容：設(shè)計(jì)基于優(yōu)化正交分頻多工(OFDM) 波形統(tǒng)一空中介面，以及具有靈活框架的多重存取，可從低頻頻段擴(kuò)展至毫米波(mmWave)、從都會(huì)型基地臺(tái)(Metrocell)部署擴(kuò)展至本地?zé)狳c(diǎn)， 并從開(kāi)發(fā)之初便支援授權(quán)、非授權(quán)和共享授權(quán)頻段。

　　高通5G多連接技術(shù)可支持跨5G、4G LTE和Wi-Fi技術(shù)的同步連接和聚合，其多重存取的5G核心網(wǎng)路能確保行動(dòng)通訊業(yè)者在未來(lái)可受益于前期資源投資(圖1);該公司重新定義一個(gè)網(wǎng)路架 構(gòu)，使5G網(wǎng)路業(yè)者與OTT(Over-the-Top)服務(wù)供應(yīng)商能快速地打造客制化服務(wù)，滿足多元的5G應(yīng)用，完成從低成本熱點(diǎn)到廣域行動(dòng)分布拓展。

　　圖1　高通宣布將建立功能更多的統(tǒng)一5G平臺(tái)。

　　此 外，高通也成功展示5G毫米波設(shè)計(jì)。毫米波頻段(如28GHz)不但具能支持每秒數(shù)千兆位元率數(shù)據(jù)傳輸速率的頻寬，還提供利用極密的空間復(fù)用度以增加容量 的機(jī)會(huì)。毫米波頻率目前已被陸續(xù)應(yīng)用，如通過(guò)在60GHz頻譜運(yùn)行的802.11ad Wi-Fi進(jìn)行室內(nèi)高解析度影像傳輸;然而，以往因傳輸損耗較高，且易受建筑物、人、植物，甚至是雨滴的阻礙影響，這些較高頻率范圍對(duì)室內(nèi)/外移動(dòng)頻寬應(yīng) 用而言，仍然不夠穩(wěn)定強(qiáng)大。

　　覆蓋率不足、缺乏行動(dòng)性支援(尤其是視距外)等問(wèn)題，是毫米波在移動(dòng)寬頻應(yīng)用上的阻礙。

　　行動(dòng)通訊晶片商為了解決上述問(wèn)題，也紛紛投入研發(fā)。譬如高通工程師們于2015年底于美國(guó)圣地牙哥總部，展示以28GHz頻段運(yùn)行的分時(shí)多工(TDD)同步系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)演示智慧波束成形和波束追蹤技術(shù)(圖2)。

　　圖2　2015年高通在美國(guó)圣地牙哥進(jìn)行28GHz 5G系統(tǒng)展示。

　　透 過(guò)此技術(shù)，即便設(shè)備被移動(dòng)、射頻訊號(hào)通道條件發(fā)生變化，也能得到相對(duì)穩(wěn)定的訊噪比(SNR)。演示圖形用戶(hù)介面(GUI)清楚展示系統(tǒng)隨著環(huán)境改變?cè)诓ㄊ?類(lèi)型(上傳和下載)之間的切換。在其他測(cè)試中，系統(tǒng)測(cè)量的視距(LOS)覆蓋約為350公尺，而在紐約都會(huì)區(qū)進(jìn)行戶(hù)外密集的城市模擬測(cè)試，所得到的結(jié)果是 約150公尺的非視距(NLOS)覆蓋，此展示有助毫米波移動(dòng)化的研發(fā)。

　　同步研發(fā)LTE演進(jìn)技術(shù)　以加速實(shí)現(xiàn)5G

　　除 了投入高頻頻段研發(fā)之外，現(xiàn)階段行動(dòng)通訊晶片業(yè)者也同時(shí)發(fā)展4G LTE、先進(jìn)長(zhǎng)程演進(jìn)計(jì)畫(huà)(LTE-A)和Wi-Fi等技術(shù)，將加強(qiáng)開(kāi)拓載波聚合(CA)、非授權(quán)頻段的LTE(包括LTE-U、LAA和 MuLTEfire)、LTE/Wi-Fi鏈路聚合、LTE D2D/V2X、窄頻物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)及Wi-Fi 802.11ac/ad/ax等最新技術(shù)，擴(kuò)展其性能以滿足5G愿景中所提及的應(yīng)用模式。

　　目前晶片商也積極開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。比方像高通已推出LTE調(diào)制解調(diào)器--MDM9207-1/MDM9206，為物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)日益增多的終端及系統(tǒng)提供可靠、優(yōu)化的蜂巢連接，藉以加速智慧儀表、安全保障、資產(chǎn)追蹤、穿戴式設(shè)備、銷(xiāo)售網(wǎng)點(diǎn)、工業(yè)自動(dòng)化及窄頻物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用。